DE849123C - Antenneneinrichtung - Google Patents

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 11. SEPTEMBER 1952

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Antenneneinrichtung

Kiiie wirksame Antenne (oder eine wirksame Luftdrahtanlage) entweder für Sendung oder Empfang muß Abmessungen haben, die ein nicht zu kleiner Bruchteil der verwendeten Wellenlänge sind, (iewöhnlich verändert sich der Widerstand der Antenne oder ihr Wirkleitwert (Konduktanz) stark mit der Frequenz. Die Antenne ist dann tatsächlich nur innerhalb eines verhältnismäßig schmalen Frequenzbereichs wirksam. Wenn bestimmte dicke Antennen, z. H. konusförmige oder eiförmige Antennen, verwendet werden, erhält man andererseits breitere Resonanzspitzen als bei Verwendung dünner Antennen, und der Unterschied zwischen Maximum und Minimum ist auch verhältnismäßig kleiner für dicke Antennen. Diese Antennen sind somit in einem gewissen Grade Breitbandantennen, aber es bleibt doch eine gewisse Veränderung des Wirkleitwerts übrig, und außerdem sind sie ziemlich sperrig.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer solchen Antennenausführung, daß die periodische Veränderung des Scheinleitwerts mit der Frequenz ganz verschwindet und nur eine sehr schwache Frequenzabhängigkeit verbleibt, die konstant in der gleichen Richtung fortschreitet, wodurch die Antenne als Breitbandantenne unabhängig von der Antennenform verwendbar wird, und zwar auch, wenn es eine dünne Antenne ist.

Die Erfindung beruht auf folgendem Gedankengang: Die ausgesprochenen Änderungen des Wirkleitwerts mit der Frequenz bei gewöhnlichen Antennen werden durch das System der stehenden Stromwelle an der Antenne mit Bäuchen und Knoten hervorgerufen, die gewöhnlich unvollständig sind, und zwar infolge der Tatsache, daß meistens nur ein Bruchteil einer ganzen Welle vorhanden ist. Wenn die Antenne mit einem Strombauch oder ίο Stromknoten gespeist wird, erhält man einen großen oder kleinen Wirkleitwert. Das stehende Wellensystem entsteht durch Überlagerung einer abgehenden ununterbrochenen iStromwelle und solchen ununterbrochenen Wellen, die bei einer Antenne mit freien Enden (oder einem freien Ende) von den Enden (oder dem Ende) reflektiert oder sich bei einer Rahmenantenne (Schleifenantenne) entweder in entgegengesetzten Richtungen geteilt haben oder durch den Rahmen (Schleife) ein oder mehrere Male durchgelaufen sind. Dadurch, daß die an den Enden (oder dem Ende) reflektierte Welle ausgeschlossen wird und die auftreffende störende Rahmenwelle (Schleifenwelle) unterdrückt wird, bevor sie die erste Welle trifft, ist es gemäß der Erfindung möglieh, eine ganz neue Stromverteilung an der Antenne ohne Bäuche und Knoten und ohne die starke Frequenzabhängigkeit des Wirkleitwerts zu erzeugen.

Das wesentlichste Merkmal der Antenne (oder des Antennensystems) gemäß der Erfindung liegt darin, daß wenigstens ein in der Ausbreitungsrichtung der Stromwelle verlaufendes Antennenstück vorhanden ist, dessen Scheinwiderstand (Impedanz) pro Einheit der Länge sich allmählich in der genannten Richtung zwecks allmählicher Verringerung der Amplitude der andauernden Stromwelle verändert, wodurch das Antennenstück die Entstehung einer reflektierten oder, allgemeiner, einer störenden Stromwelle verhindert. Die Einrichtung gemäß der Erfindung hat den Vorteil, daß es auf dem ganzen Weg von dem Generator über die !Speiseleitung und die Antenne in die Luft möglich ist, nur die eine fortschreitende Welle ohne reflektierte oder in anderer Weise störende Wellen zu erhalten. Das gleiche trifft zu, wenn die beschriebene Antenne als Empfangsantenne benutzt wird.

An Hand der Zeichnungen wird die Erfindung im folgenden näher beschrieben.

Fig. ι a zeigt schematisch eine bekannte Sendeantenne mit zwei freien Enden und der üblichen Stromverteilung, während

Fig. ι b die entsprechende Wirkleitwertfrequenzkurve darstellt;

Fig. 2 a zeigt eine Sendeantenne mit zwei freien Enden und mit Antennenstücken gemäß einer Ausführungsform der Erfindung und die neue Stromamplitudenkurve, während

Fig. 2 b die Wirkleitwertfrequenzkurve, wie man sie gemäß der Erfindung erhält, darstellt;

Fig. 3 zeigt schematisch und im größeren Maßstabe einen Teil eines Antennenstücks gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung:

Fig. 4 zeigt schematisch eine Rahmenantenne mit einem Antennenstück gemäß der Erfindung;

Fig. 5 zeigt schematisch eine Rahmenantenne mit mehreren Speisepunkten und mit Antennenstücken gemäß der Erfindung;

Fig. 6 zeigt eine Antenne mit allmählich sich veränderndem Widerstand;

Fig. 7 zeigt eine Antenne mit allmählich sich veränderndem Widerstand und verändernder Induktivität;

Fig. 8 bis 10 zeigen gewisse Antennen mit allmählich sich verändernder Kapazität.

In Fig. ι a ist 1 der mittlere Speisepunkt, und mit 2 sind die beiden zylindrischen Antennenele-■mente der Sendeantenne (Dipol) bezeichnet. J' ist die über der Antenne entstehende gesamte stehende Welle, wobei die Wellenamplitude auf der Ordinate aufgezeichnet ist. Als Beispiel sei angenommen, daß jedes Antennenelement eine Länge von fünf Halbwellenlängen hat. Aus Fig. 1 b ergibt sich, daß der Wirkleitwert und der Blindleitwert (Suszeptanz) (Widerstand und Blindwiderstand) sich stark mit der Frequenz bei einer Einrichtung gemäß Fig. 1 a verändert. Bei einer Einrichtung gemäß Fig. 1 a ist die gesamte stehende iStromwelle an den Enden tatsächlich Null, aber dies ist der Fall, weil die Endamplituden jede der ankommenden und abgehenden fortschreitenden Wellen gegenseitig auslöschen.

Fig. 2 a zeigt eine Antenne des gleichen Haupttyps wie Fig. ι a, aber gemäß Fig. 2 a ist jedes der Antennenelemente 3 an seinem Ende mit einem Antennenstück 3' versehen, das bei dieser Ausführungsform aus einem stabförmigen Widerstand besteht, dessen Widerstand pro Einheit der Länge sich allmählich in der Ausbreitungsrichtung (d. h. nach den Enden hin) der Stromwelle vergrößert. Mittels der erfindungsgemäß angeordneten Antennen-Stöcke 3' verringert sich bereits die Amplitude J" der abgehenden Stromwelle (bei der gleichen Frequenz wie in Fig. 1 a) allmählich nach Null an den Enden (oder vorher) derart, daß keine reflektierte Stromwelle ensteht und daher keine sinusförmige stehende Welle erzeugt wird. Aus Fig. 2 b ist erkennbar, daß die Antenne gemäß der Erfindung nur eine sehr schwache Frequenzabhängigkeit für den Wirkleitwert hat, wobei die Frequenzabhängigkeit stets in der gleichen Richtung fortschreitet und einen konstant sehr unbeachtlichen Blindleitwert (Suszeptanz) hat.

Das wichtige 'Kennzeichen der Antennenstücke (Endstücke), wie sie gemäß der Erfindung vorgesehen sind, liegt darin, daß sie eine Impedanz pro Längeneinheit haben, die allmählich vom Speisepunkt in Richtung der Stromwelle bis zu sehr hohen Werten ansteigt (theoretisch bis zu einem unbestimmten Wert, obwohl ein sehr hoher Endwert ausreicht), so daß sie die Amplitude des abgehenden Stroms vollständig unterdrücken können. Diese Antennenstücke machen die Antenne vollständig nichtreflektierend, und zwar, unabhängig von der Länge und Dicke der Antenne, im ganzen unabhängig von der Form der Antenne. Die Antennenstücke

gemäß der Erfindung, die verhältnismäßig kurz gemacht werden können und die allmählich die Amplitude der auf der Antenne fortschreitenden Stromwi'lle schwächen, ohne daß irgendeine Reflexionswelle entsteht, können unter (Benutzung eines mechanischen Bilds (bezüglich der Welle) elektrisch weiche Stücke genannt werden.

Ks muß bedacht werden, daß ein gewisser an der einen oder andern Stelle eingeführter Gesamtwiderstand niemals imstande wäre, nur infolge seines Werts die Reflexionswellen vollständig zu verhindern. Um vollständig beseitigend zu sein, muß der Widerstand gemäß der Erfindung eine sich ändernde Leitfähigkeit über eine bestimmte Entfernung haben, die jedoch relativ kurz sein kann, und der Übergang zwischen der Antenne und dem Widerstand muß fernerhin fortlaufend stattfinden, um die Entstehung der Reflexion zu verhindern.

Wit· sich aus Fig. 3 ergibt, können die Antennenstücke (Endstücke) gemäß der Erfindung auch aus in Reihe angeordneten Kondensatoren bestehen, deren Kapazität allmählich in der Ausbreitungsrichtung der Stromwelle abnimmt. In Fig. 3 ist mit 6 ein Teil eines Kerns bezeichnet, der in geeigneter Weise an einem freien Antennenende für eine Reihe von darauf angeordneten Zylinderkondensatoren befestigt ist, deren Außenflächen mit 7' und deren Innenflächen mit 7" bezeichnet sind.

Ganz links in Fig. 3 liegen die Außenflächen verhältnismäßig dicht aneinander und die Innenflächen überlappen einander ziemlich viel (große Kapazität). Rechts in Fig. 3 (nach dem freien Ende des Antennenstücks hin) vergrößert sich der Abstand zwischen den Außenflächen, und die Überlappung verringert sich und wird schließlich ein axialer Abstand zwischen den Außen- und Innenflächen (kleine Kapazität).

Die Antennenstücke können auch aus Induktivitäten (Spulen oder Windungsteilen) bestehen, deren Induktivität in der Ausbreitungsrichtung der Stromwelle zunimmt; es ist auch möglich, Kombinationen von Widerstand und Kapazität oder Widerstand und Induktivität oder Kapazität und Induktivität zu verwenden, die sich pro Längeneinheit in der Längsrichtung verändern, oder eine Kombination aller drei zu benutzen, und zwar so, daß die Impedanz pro Längeneinheit in der Längsridhtung zunimmt.

Wenn Antennen mit einem oder mehreren freien Enden verwendet werden, wird, wie ersichtlich, ein Antennenstück mit allmählich zunehmender Impedanz an jedem freien Ende angeordnet, wie es in den Fig. 2 a und 3 dargestellt ist.

Wie in Fig. 4 schematisch gezeigt, ist in einem Antennenrahmen 9 ein doppelseitig gerichtetes Antennenstück 10 an einer Zwischenstelle der Antenne, z. B. gerade gegenüber dem Speisepunkt n, angeordnet, wobei das Antennenstück eine Impedanz pro Längeneinheit hat, die allmählich von den Enden nach der Mitte hin zunimmt.

Wenn eine Antenne mit mehreren Speisepunkten, z. B. eine Rahmenantenne 12 mit zwei Speisepunkten 13 gemäß Fig. 5, verwendet wird, wird ein An- j tennenstück 14, dessen Impedanz pro Längeneinheit allmählich von den Enden nach der Mitte hin zunimmt, an einer Stelle in der Antenne zwischen den Speisepunkten, beispielsweise halbwegs zwischen ihnen, angeordnet.

Im vorstehenden ist die Erfindung insbesondere in Anwendung auf Sendeantennen beschrieben worden, aber offenbar treffen die entsprechenden Ausführungen auch mit Bezug auf Empfangsantennen zu, wobei die Verbindungspunkte für die Empfangsleitung den obenerwähnten Speisepunkten entsprechen.

In Fig. 6 bezeichnet in einen zweckmäßigerweise zylindrischen Träger aus Isoliermaterial, z.B. Glas. Auf diesen Träger ist ein Widerstandsmaterial 112 aufgebracht, das allmählich abnehmende Dicke von den Verbindungsklemmen 113 der Antenne aus hat, die in der Zeichnung gestrichelt dargestellt sind. Beispielsweise kann dies dadurch erzielt werden, daß gewisse Male ein Anstrich mit leitenden Teilchen, z. B. Kohlenstoff, aufgetragen wird, wobei der erste Anstrich die in der Zeichnung mit a¹ bezeichnete Entfernung, der zweite Anstrich die Entfernung a² usw. hat und der w-te Anstrich nur die Entfernung angibt. Um die mechanische Widerstandsfähigkeit zu vergrößern, sollte das Widerstandsmaterial mit einer Schutzschicht, z. B. _taus einer plastischen Masse, überzogen sein, oder wenn Kohlenstoffarbe verwendet wird, sollte der Anstrich eingebrannt werden.

In Fig. 7 bezeichnet 21 einen zylindrischen Träger aus Isoliermaterial, zweckmäßigerweise mit kreisförmigem Querschnitt. Auf diesen Träger ist ein Widerstandsmaterial 22 rund um den Träger schraubenförmig aufgebracht, dessen Steigung und Breite von den Verbindungsklemmen der Antenne aus abnehmen. Auf diese Weise wird ein allmählieh zunehmender Widerstand infolge der abnehmenden Fläche erzielt und eine allmählich zunehmende Induktivität infolge der Vergrößerung der Anzahl der Umläufe pro Längeneinheit der Antenne. Die gewünschte Schraubenform wird entweder durch unmittelbares Auftragen des Widerstandsmaterials in jener Form erzielt oder dadurch, daß zunächst der Träger bedeckt wird und danach das Material in den Räumen zwischen den Umläufen entfernt wird.

In Fig. 8 ist 31 ein zylindrischer Träger aus Isoliermaterial. Auf diesem Träger ist eine Anzahl von Platten 32 aus leitendem Material angeordnet, deren gegenseitiger Abstand allmählich in einer Richtung von den Verbindungsklemmen 33 der Antenne zunimmt. Die Flächen der Platten, die zueinander liegen, sind gleich groß. Infolge des allmählich zunehmenden Abstands zwischen den Platten wird eine allmählich abnehmende Kapazität, gerechnet von den Verbindungsklemmen 33 der Antenne aus, erzielt.

Eine Abwandlung dieser Einrichtung ist in Fig. 9 gezeigt. Auf einem Isolierträger 41 ist eine Anzahl von Platten 42 aus Isoliermaterial angeordnet, deren gegenseitiger Abstand allmählich in Richtung von den Verbindungsklemmen 43 der Antenne aus

zunimmt und deren Dicke allmählich in der gleichen Richtung abnimmt. Auf diese Weise wird eine raschere allmähliche Verminderung der Antennenkapazität, gerechnet von den Verbindungsklemmen aus, erzielt.

. Eine andere Ausführungsform ist in Fig. io gezeigt. Auf einem Isolierträger 51 ist eine Anzahl von Platten 52 aus leitendem Material angeordnet, deren gegenseitiger Abstand.allmählich in Richtung

to von den Verbindungsklemmen 53 der Antenne aus zunimmt und deren einander zu liegende Flächen in der gleichen Richtung abnehmen.

Jede der in den Fig. 6 bis 10 gezeigten Antennen besteht in ihrer Gesamtlänge aus einem Stück mit allmählich sich ändernder Impedanz pro Längeneinheit. Es ist natürlich auch möglich, nur einen Teil einer Antenne in der beschriebenen Weise auszubilden, ohne von dem Erfindungsgedanken abzuweichen.

Claims (18)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Antenneneinrichtung, gekennzeichnet durch wenigstens ein in der Ausbreitungsrichtung der Stromwelle verlaufendes Antennenstück, dessen Scheinwiderstand (Impedanz) pro Längenein; heit sich allmählich in der genannten Richtung zwecks allmählicher Verminderung der Amplitude der wandernden Stromwelle ändert, wobei das Antennenstück die Entstehung einer reflektierten oder in anderer Weise störenden Stromwelle verhindert.
2. 2. Antenneneinrichtung nach Anspruch 1 mit einem oder mehreren freien Enden, dadurch gekennzeichnet, daß ein Antennenstück mit einer allmählich nach den Enden hin zunehmenden Impedanz an jedem freien Ende der Antenne angeordnet ist.
3. 3. Antenneneinrichtung nach Anspruch 1, die als Rahmenantenne ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Antennenstück mit einer von seinen Enden nach der Mitte hin pro Längeneinheit allmählich zunehmenden Impedanz an der Antenne an Zwischenstellen angeordnet ist.
4. 4. Antenneneinrichtung nach Anspruch 1 mit mehreren Speisepunkten, dadurch gekennzeichnet, daß ein Antennenstück, dessen Impedanz pro Längeneinheit allmählich von dem Ende nach der Mitte hin zunimmt, in der Antenne zwischen den Speisepunkten angeordnet ist.
5. 5. Antenneneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Antennenstück aus beispielsweise stabförmigen Widerständen besteht, deren Widerstand pro Längeneinheit sich in der Ausbreitungsrichtung der Stromwelle dllmählich ändert.
6. Gb 6. Antenneneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennenstücke aus Kondensatoren, beispielsweise Zylinderkondensatoren, bestehen, die in Reihe mit einer Kapazität angeordnet sind, die sich allmählich, in der Ausbreitungsrichtung der Stromwelle ändert.
7. 7. Antenneneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennenstücke aus Induktivitäten bestehen, deren Induktivität sich allmählich in der Ausbreitungsrichtung der Stromwelle ändert.
8. 8. Antenneneinrichtung nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennenstücke aus einer Kombination von Widerstand und Kapazität bestehen, die sich pro Langeneinheit in der Längsrichtung derart ändern, daß der Scheinwiderstand pro Längeneinheit in der Längsrichtung zunimmt.
9. 9. Antenneneinrichtung liachAnspruch 5 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennenstücke aus einer Kombination eines Widerstands und einer Induktivität bestehen, die sich pro Längeneinheit in der Längsrichtung derart ändern, daß der Scheinwiderstand pro Längeneinheit in der Längsrichtung zunimmt.
10. 10. Antenneneinrichtung nach Anspruch 5, 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennenstücke aus einer Kombination eines Widerstands, einer Kapazität und einer Induktivität bestehen, die sich pro Längeneinheit in der Längsrichtung derart ändern, daß der Scheinwiderstand pro Längeneinheit in der Längsrichtung zunimmt.
11. 11. Antenneneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Träger aus Isoliermaterial aufweist, auf dem ein Widerstandsmaterial angeordnet ist, dessen Widerstand pro Längeneinheit sich allmählich in der Ausbreitungsrichtung der Stromwelle ändert.
12. 12. Antenneneinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Widerstandsmaterials allmählich, gerechnet von den Verbindungsklemmen der Antenne aus, abnimmt.
13. 13. Antenneneinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger aus Isoliermaterial im wesentlichen zylindrisch ist und das Widerstandsmaterial schraubenförmig um den Träger und mit allmählich abnehmender Steigung und Breite, gerechnet von den Verbindungsklemmen der Antenne aus, aufgebracht ist.
14. 14. Antenneneinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie Platten aus leitendem Material aufweist, die senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Stromwelle liegen und deren gegenseitiger Abstand allmählich in einer Richtung von den Verbindungsklemmen der Antenne aus zunimmt.
15. 15. Antenneneinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie Platten aus leitendem Material aufweist, die senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Stromwelle liegen und deren Dicke allmählich in einer Richtung von den Verbindungsklemmen der Antenne aus abnimmt.
16. 16. Antenneneinrichtung nach Anspruch 14

    oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe den Platten allmählich in einer Richtung von

    der Flächen der verschiedenen gegeneinandter den Verbindungsklemmen der Antenne aus ab-

    zu liegenden! Platten die gleiche ist. " nimmt.
17. 17. Antenneneinrichtung nach Anspruch 14
18. 18. Antenneneinrichtung nach Anspruch 1,

    oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe dadurch gekennzeichnet, daß das Antennenstück

    der Flächen der verschiedenen einander zu liegen- im wesentlichen die gesamte Antenne einnimmt.

    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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